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Refracción de la luz: leyes, índice de refracción y lámina de vidrio

La luz cambia de velocidad cuando pasa de un medio transparente a otro, y por eso se desvía en la frontera (salvo que llegue siguiendo la normal). Al entrar en un medio ópticamente más denso va más lenta y se acerca a la normal; al salir va más rápida y se aleja. Para un par de medios, sen i / sen r se mantiene constante (ley de Snell); esa constante es el índice de refracción, que también es el cociente de las velocidades de la luz, n = c/v. En una lámina rectangular de vidrio, el rayo que sale es paralelo al rayo que entró, pero queda desplazado hacia un lado (desplazamiento lateral).

🎬 Historia paso a paso

  1. Un rayo de luz llega a un bloque de vidrio. Mira la frontera: el rayo no sigue recto. Se dobla. Este doblez se llama refracción.
  2. Dibuja la normal (rayas verdes). Al pasar del aire al vidrio, el rayo se acerca a la normal, así que el ángulo de refracción r es menor que el ángulo de incidencia i.
  3. Ahora el ángulo i crece de 10° a 70°. El ángulo r también crece, pero mira el panel: sen i ÷ sen r sigue siendo el mismo número, 1.5 para el vidrio. Esa es la ley de Snell.
  4. Cambia el material: agua, luego vidrio, luego diamante. Cuanto mayor es el índice de refracción n, más se dobla el rayo y más lenta viaja la luz dentro (v = c/n).
  5. Deja que el rayo salga por la parte de abajo de la lámina. Se aleja de la normal y sale con e = i, paralelo a su dirección de antes, pero desplazado hacia un lado una distancia d.
  6. Ahora te toca a ti. Cambia i (prueba 0°), el grosor y el material. Mira cómo cambian r, la velocidad y el desplazamiento lateral d.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

¿Por qué se dobla la luz?

Su velocidad cambia en la frontera. Un lado del haz inclinado entra primero y frena primero, así que el haz gira, igual que la rueda de un coche que llega a la arena. El paso 1 muestra el doblez en la superficie.

¿Cómo sé si se acerca o se aleja de la normal?

Al entrar en un medio más lento (más denso): se acerca. Al entrar en uno más rápido (menos denso): se aleja. El paso 2 muestra r < i al entrar en el vidrio; el paso 5 muestra cómo se aleja al salir.

Si cambia i, ¿no cambia también el índice de refracción?

No. i y r cambian los dos, pero sen i / sen r se mantiene igual para ese par de medios. Mira el cociente en el panel durante el paso 3.

¿Un índice de refracción mayor significa que se dobla más?

Sí. Un n mayor significa luz más lenta y un r más pequeño para el mismo i. El paso 4 cambia de agua a vidrio y a diamante.

Si el rayo emergente es paralelo, ¿la lámina tiene algún efecto?

Sí: el rayo queda desplazado hacia un lado (desplazamiento lateral). El paso 5 dibuja con puntos el camino que seguiría sin lámina y el desplazamiento d en rojo.

¿Qué pasa con i = 0°?

El rayo atraviesa recto, sin doblarse y sin desplazamiento. Pon i = 0 en el modo libre.

¿Qué es la refracción y por qué se dobla la luz?

La refracción es el cambio de dirección de la luz cuando pasa en ángulo de un medio transparente a otro, por ejemplo del aire al agua o al vidrio. Ocurre porque la luz viaja a velocidades distintas en cada medio: unos 3 × 10⁸ m/s en el aire, unos 2.25 × 10⁸ m/s en el agua y unos 2 × 10⁸ m/s en el vidrio.

Un medio en el que la luz va más lenta se llama ópticamente más denso; uno en el que va más rápida es ópticamente menos denso. La densidad óptica no es lo mismo que la densidad de masa: el queroseno es más ligero que el agua y, aun así, es ópticamente más denso.

Leyes de la refracción (ley de Snell)

  1. Primera ley: el rayo incidente, el rayo refractado y la normal en el punto de incidencia están en el mismo plano.
  2. Segunda ley (ley de Snell): para luz de un color dado y un par de medios dado, el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante.

sen i / sen r = constante = n₂₁

La constante es el índice de refracción del segundo medio respecto al primero. En el paso 3 de la historia puedes ver que i y r cambian los dos mientras el cociente se queda fijo.

Índice de refracción

El índice de refracción dice cuánto frena un medio a la luz y, por tanto, cuánto la desvía.

Índice de refracción relativo

Para la luz que va del medio 1 al medio 2:

n₂₁ = velocidad de la luz en el medio 1 / velocidad de la luz en el medio 2 = v₁/v₂

Índice de refracción absoluto

Cuando el medio 1 es el vacío (o el aire, que en la práctica es casi igual):

n = c / v

Como la luz es más rápida en el vacío, n siempre es mayor que 1 para cualquier material. No tiene unidad. Además, n₂₁ = n₂/n₁ y n₁₂ = 1/n₂₁.

Medion (aprox.)
Aire1.0003
Agua1.33
Queroseno1.44
Vidrio crown1.52
Diamante2.42

El diamante tiene uno de los valores más altos, y es en parte la razón de que brille tanto.

Refracción en una lámina rectangular de vidrio

Un rayo que llega a una lámina de vidrio se dobla dos veces: hacia la normal en la primera cara (aire → vidrio) y alejándose de la normal en la segunda cara (vidrio → aire).

Esta es la práctica clásica de laboratorio: se dibuja el contorno de la lámina, se clavan alfileres a lo largo de un rayo y se miden i, r y e con un transportador.

La refracción en la vida diaria y consejos para el examen

Qué suelen preguntar: las dos leyes, la definición de índice de refracción y problemas con n = c/v (1 a 3 puntos), qué medio es ópticamente más denso a partir de una tabla, y el diagrama de rayos de la lámina de vidrio con e = i y el desplazamiento lateral (2 a 3 puntos).

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. El índice de refracción del vidrio es 1.5. Calcula la velocidad de la luz en el vidrio.

v = c/n = (3 × 10⁸)/1.5 = 2 × 10⁸ m/s.

2. La luz viaja a 2.25 × 10⁸ m/s en un líquido. Calcula el índice de refracción del líquido.

n = c/v = (3 × 10⁸)/(2.25 × 10⁸) = 1.33 (es agua).

3. n del agua = 1.33 y n del vidrio = 1.5. Calcula el índice de refracción del vidrio respecto al agua.

n(vidrio respecto al agua) = n_vidrio / n_agua = 1.5/1.33 ≈ 1.13.

4. Un rayo entra desde el aire a un medio de índice de refracción √2 (≈ 1.414) con un ángulo de 45°. Calcula el ángulo de refracción.

sen r = sen i / n = sen 45° / √2 = (1/√2)/√2 = 1/2, así que r = 30°.

5. Un rayo incide a 60° sobre una lámina de vidrio de índice de refracción √3. Calcula el ángulo de refracción dentro del vidrio y el ángulo de emergencia.

sen r = sen 60°/√3 = (√3/2)/√3 = 1/2, así que r = 30°. Las caras son paralelas, por lo que el rayo sale con e = i = 60°, paralelo al rayo incidente.

6. ¿En cuál va más rápida la luz, en el vidrio (n = 1.5) o en el diamante (n = 2.42)? Calcula la velocidad en el diamante.

La velocidad es c/n, así que con menor n (vidrio) es más rápida. En el diamante v = 3 × 10⁸/2.42 ≈ 1.24 × 10⁸ m/s, mientras que en el vidrio es 2 × 10⁸ m/s.

7. La luz pasa del agua (n = 1.33) al vidrio (n = 1.5) con un ángulo de incidencia de 30°. Calcula el ángulo de refracción.

Ley de Snell para dos medios: n₁ sen i = n₂ sen r. sen r = 1.33 × 0.5 / 1.5 ≈ 0.443, así que r ≈ 26.3°. Se acerca a la normal porque el vidrio es ópticamente más denso que el agua.

Errores comunes

Test de práctica

1. Cuando la luz pasa del aire al vidrio:
2. La ley de Snell dice que, para dos medios dados, es constante:
3. El índice de refracción de un medio es 2. La velocidad de la luz en él es:
4. En una lámina rectangular de vidrio, el rayo emergente es:
5. ¿Qué medio es ópticamente el más denso?

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las leyes de la refracción?

1) El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano. 2) Para un par de medios y un color de luz dados, sen i / sen r es constante (ley de Snell).

¿Cuál es el índice de refracción del vidrio?

Alrededor de 1.5 (el vidrio crown, unos 1.52). Significa que la luz viaja 1.5 veces más lenta en el vidrio que en el vacío.

¿Qué es el desplazamiento lateral?

Es la distancia perpendicular entre el rayo incidente (prolongado) y el rayo emergente cuando la luz atraviesa una lámina de vidrio de caras paralelas.

Dónde se estudia

ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªFoundations, optics, heat and mechanics
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªFoundations, optics, heat and mechanics
RomaniaClasa a VIII-aOptical phenomena
Ukraine9 класLight phenomena
CBSE (India)Class 10Natural Phenomena
Japan高校2年Waves
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 8Optics
FranceQuatrièmeSignals
FranceSecondeWaves and signals
FranceTerminaleLab sciences: Waves
Russia9 классLight phenomena
Russia9 классLight phenomena
China八年级(初二)Ch.4 Light
China高二Selective 1 Ch.4 Light

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